Teetasseneffekt

Der Teetasseneffekt ist die Bewegung von spezifisch schwereren Teilchen am Boden einer rotierenden Flüssigkeit zum Zentrum hin.

Zunächst wird eine Flüssigkeit in einem annähernd runden Gefäß in Rotation versetzt, etwa durch Rühren. Nach Ende des Rührens lässt die so eingetragene Turbulenz langsam nach und die typische Rotationsbewegung der Flüssigkeit stellt sich ein. Sedimentpartikel in der Flüssigkeit (zum Beispiel Teeblätter), die zum Boden absinken, werden dort durch eine bodennahe Strömung erfasst und auf Spiralbahnen zum Rotationszentrum bewegt. Dort häufen sie sich an und werden bei entsprechend starker Rotation dort auf der Stelle im Kreis gedreht.

Durch die Reibung am Boden des Gefäßes werden bodennahe Wasserteilchen in der Rotationsbewegung abgebremst, sodass sie einer geringeren Zentrifugalkraft unterworfen sind. Da die darüber befindlichen Wasserteilchen der größeren, normalen Rotation unterworfen sind, unterliegen sie einer im Vergleich größeren Zentrifugalkraft, die dafür sorgt, dass der Wasserspiegel außen erhöht ist. Dieser höhere Wasserstand am Außenrand führt zu einem erhöhten hydrostatischen Druck, der sich nach unten fortpflanzt und dem die bodennahe Schicht nicht entgegenwirken kann. Diese weicht deshalb nach innen aus. So entsteht eine Sekundärströmung, die Wasser außen nach unten, über dem Boden zur Mitte, in der Mitte nach oben und am Flüssigkeitsspiegel nach außen führt.

Der sichtbare Effekt besteht somit darin, dass spezifisch schwerere Teilchen zum Boden tendieren, durch die bodennahe Strömung zur Mitte bewegt werden und dort liegen bleiben, da die in der Mitte aufsteigende Strömung sie nicht mehr anheben kann. Der Effekt ist so lange vorhanden, wie die Flüssigkeit rotiert, und klingt mit der Rotation ab.

Diese Sekundärströmung entsteht auch in Flusskrümmungen und dient zur Erklärung der Mäanderbildung an Flüssen (Boussinesq,^[1] Thomson,^[2] Isaachsen^[3][4]) oder auch zur Erklärung von dem Phänomen des äußeren Prallhangs und dem inneren Gleithang mit einem asymmetrischen Querschnitt des Flusses. So erklärt sich analog die Beobachtung von Thomson, dass der Wasserpegel in einer Flussbiegung von der Innen- zur Außenseite hin ansteigt. 1926 beschrieben Albert Einstein oder Ludwig Prandtl anhand des Teetasseneffekts die Mäanderbildung und die Verlagerung von Geröll am Grund des Flussbetts.^[5][6]

Der beschriebene Effekt wird in technischen Anlagen genutzt, um Partikel aus einer Strömung abzuscheiden und in der Mitte gezielt in hoher Konzentration abzuführen. Dies gilt für Zyklone, Entsanderbecken oder auch runde Regenüberlaufbecken (Wirbelschachtbecken). In letzteren wird das Alltagsphänome des Teetasseneffektes genutzt, um abgeschiedene Sedimente zur Mitte zu führen und dort abzuziehen, sodass die Becken selbstreinigend sind.^[7][8] Das Brauwesen (Brautechnik) nutzt den Teetasseneffekt, um unerwünschte Schwebstoffe leichter in der Mitte von Behältern leichter entfernen zu können. In der Medizintechnik wird Blutplasma von roten Blutkörperchen und anderen Kleinstteilen mit Hilfe des Teetasseneffektes getrennt.^[9][10]

• Teetasseneffekt Teeblatt-Paradoxon (Sekundärströme) auf youtube
• Der Trick mit dem Zylinder Andrea Pitzschke, 21. August 2019, in Laborjournal
• Szaraz, Peter et al. (2019): A solution to prvent secondary flow in adherent cell cultures. In: Biology Open (BiO) 8/7 (2019) 8 bio045294. doi:10.1242/bio.045294

1. ↑ Joseph Boussinesq: Mémoire sur l ́influence des frottements dans les mouvements réguliers des fluides. In: Journal de mathématiques pures et appliquées 2esérie 13 (1868), S. 377–424. doi:10.12691/ijp-10-2-2
2. ↑ James Thomson: On the Origin of Windings of Rivers in Alluvial Plains, with Remarks on the Flow of Water round Bends in Pipes. In: Proceedings of the Royal Society of London, Ser.B 25 (1876), S. 5–8. doi:10.1098/rspl.1876.0004
3. ↑ J. Isaachsen: Über einige Wirkungen von Zentrifugalkräften in Flüssigkeiten und Gasen. In: Zivilingenieur 42 (1896), S. 351.
4. ↑ J. Isaachsen: Innere Vorgänge in strömenden Flüssigkeiten und Gasen. In: Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure. 55 (1911), S. 215, 263, 428, 605, 946.
5. ↑ Albert Einstein: Die Ursache der Mäanderbildung der Flußläufe und des sogenannten Baerschen Gesetzes. In: Die Naturwissenschaften 14 (1926), S. 223–224.doi:10.1007/BF01510300
6. ↑ Ludwig Prandtl: Bemerkung zu dem Aufsatz von Albert Einstein: Die Ursache der Mäanderbildung der Flußläufe und des sogenannten Baerschen Gesetzes. In: Die Naturwissenschaften 14 (1926), S. 619–620. doi:10.1007/BF01507352
7. ↑ Welf A. Kreiner: Homepage W.A. Kreiner (Früher Abteilung Chemische Physik) Universität Ulm. Faculty of Natural Sciences University of Ulm, abgerufen am 6. Dezember 2024. 
8. ↑ Welf A. Kreiner: Alltagsphänomen - Teeblättereffekte - On the Tea Leaf Paradox. Faculty of Natural Sciences University of Ulm, abgerufen am 6. Dezember 2024. 
9. ↑ Tobias Roth: 175 Impulse - Physikalische Denkanstöße im Jubiläumsjahr 2020 - 128. Impuls: Teetasseneffekt. Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG):, 20. Dezember 2020, abgerufen am 6. Januar 2026. 
10. ↑ Sven Titz: Hinter den Dingen - Warum sammeln sich Teeblätter in der Mitte? Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG):, 27. Dezember 2019, abgerufen am 6. Januar 2026.